Измерения и меры

ЧТО ТЯЖЕЛЕЕ — КИЛОГРАММ СВИНЦА ИЛИ КИЛОГРАММ ПУХА?

Рис. 27. В воде тело становится легче.

Вы, вероятно, не раз слышали этот каверзный вопрос-шутку. Кое-кто, не подумав, отвечает: «килограмм свинца тяжелее…».

Такой ответ вызывает обычно взрыв смеха. А между тем дело здесь обстоит не так просто. Сейчас вы убедитесь, что килограмм свинца и впрямь может быть тяжелее, чем килограмм пуха.

Нетрудно заметить, что в воде тела становятся легче. Взвесьте какой-нибудь предмет на пружинных весах (рис. 27, а). Затем опустите его в воду. Как видите, стрелка весов указывает теперь меньшее значение (рис. 27, б).

Впервые такое явление обнаружил и объяснил ещё древнегреческий учёный Архимед. Закон, носящий его имя, гласит: «Всякое тело при погружении в жидкость теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость».

Если тело вытесняет сравнительно немного воды, то и потеря его веса невелика. Таковы камни, куски металла и т. п. Все они под действием притяжения Земли опускаются на дно — тонут.

Если же вытесненная телом вода весит больше его самого, то такое тело становится как бы невесомым. Оно уже не тонет, а наоборот, всплывает. Примером подобных тел служит пробка.

Закон Архимеда справедлив и для газов. Взвесив тело сначала в пустоте, а потом в воздухе, мы обнаружим, что во втором случае вес тела уменьшился. Уменьшение веса зависит от объёма вытесняемого телом воздуха.

Вспомните детский воздушный шар, наполненный водородом. Сколько бы вы ни пытались его взвесить, у вас ничего не получится. Шар будет упорно взлетать вверх, словно свидетельствуя этим о своей «невесомости». Но на самом ли деле он ничего не весит?

Мы знаем, что водород значительно легче воздуха. Оболочка шара вместе с наполняющим её водородом весит меньше, чем вытесняемый шаром воздух. Разница этих весов создаёт так называемую подъёмную силу, благодаря которой воздушный шар и не падает на землю.

Погрешность, обусловленная законом Архимеда, может возникнуть и при взвешивании других тел. Ведь при разных температурах и на различных высотах вес воздуха неодинаков. Так, тёплый воздух легче холодного. У поверхности земли воздух тяжелее, чем высоко в горах, отсюда и результат взвешивания может оказаться различным. Поэтому при очень точных измерениях веса и массы взвешивание производится в безвоздушном пространстве.

Вес тела в пустоте принято называть истинным.

Вернёмся теперь к ответу на наш вопрос. Пусть истинный вес свинцового груза 1 килограмм. Положим этот груз на одну чашку рычажных весов. На другую поместим кипу пуха, истинный вес которой также равен 1 килограмму. Уравновесятся ли чашки весов, если взвешивание производится, как обычно, в воздухе? Оказывается, нет!

Ведь объём свинцового груза очень мал, а объём кипы пуха велик. Кипа вытесняет много воздуха, поэтому она, согласно закону Архимеда, становится заметно легче. Свинцовый же груз весит в воздухе почти столько же, сколько и в пустоте. Разница в весе заставляет чашку со свинцом опуститься, а с пухом — подняться (рис. 28).

Вот и выходит, что килограмм свинца может оказаться «тяжелее», чем килограмм пуха! Конечно, говоря о «килограмме» свинца и «килограмме» пуха, надо помнить, что имеются в виду истинные веса этих тел, а не веса в воздухе.

Рис. 28. Что тяжелее — килограмм свинца или килограмм пуха?